Wie funktionieren IP-Adressen?

Jedes Gerät, das an einen Netzwerkcomputer, ein Tablet, eine Kamera oder eine andere Kamera angeschlossen ist, benötigt eine eindeutige Kennung, damit andere Geräte wissen, wie Sie darauf zugreifen können. In der Welt der TCP / IP-Netzwerke ist diese Kennung die IP-Adresse (Internet Protocol).

Wenn Sie längere Zeit mit Computern gearbeitet haben, waren Sie wahrscheinlich mit IP-Adressen konfrontiert - diesen numerischen Sequenzen, die etwa 192.168.0.15 ähneln. Meistens müssen wir uns nicht direkt mit ihnen auseinandersetzen, da unsere Geräte und Netzwerke sich hinter den Kulissen darum kümmern. Wenn wir uns damit auseinandersetzen müssen, folgen wir oft nur den Anweisungen, welche Zahlen wo platziert werden sollen. Wenn Sie jedoch schon einmal tiefer in die Bedeutung dieser Zahlen eintauchen wollten, ist dieser Artikel für Sie bestimmt.

Warum sollten Sie sich interessieren? Um zu verstehen, wie IP-Adressen funktionieren, ist es wichtig, zu ermitteln, warum Ihr Netzwerk nicht richtig funktioniert oder warum ein bestimmtes Gerät nicht die Verbindung herstellt, von der Sie es erwarten. Wenn Sie jemals etwas fortgeschritteneres einrichten möchten, z. B. das Hosten eines Spiel- oder Medienservers, zu dem sich Freunde aus dem Internet verbinden können, müssen Sie etwas über die IP-Adressierung wissen. Außerdem ist es faszinierend.

Hinweis: In diesem Artikel werden die Grundlagen der IP-Adressierung behandelt, also die Art von Informationen, die Benutzer, die IP-Adressen verwenden, aber nie wirklich darüber nachgedacht haben, wissen möchten. Wir werden nicht einige der fortgeschrittenen oder professionelleren Informationen wie IP-Klassen, klassenloses Routing und benutzerdefiniertes Subnetting behandeln. Aber wir werden auf einige Quellen verweisen, die weiterführende Informationen enthalten.

Was ist eine IP-Adresse??

Eine IP-Adresse identifiziert ein Gerät in einem Netzwerk eindeutig. Sie haben diese Adressen schon einmal gesehen. Sie sehen so aus wie 192.168.1.34.

Eine IP-Adresse besteht immer aus vier Zahlen. Jede Zahl kann zwischen 0 und 255 liegen. Der vollständige IP-Adressierungsbereich reicht also von 0.0.0.0 bis 255.255.255.255.

Der Grund, warum jede Zahl nur bis zu 255 erreichen kann, ist, dass es sich bei jeder dieser Zahlen tatsächlich um eine achtstellige Binärzahl handelt (manchmal auch als Oktett bezeichnet). In einem Oktett wäre die Zahl Null 00000000, während die Zahl 255 11111111 wäre, die maximale Zahl, die das Oktett erreichen kann. Die zuvor erwähnte IP-Adresse (192.168.1.34) in binärer Form würde folgendermaßen aussehen: 11000000.10101000.00000001.00100010.

Computer arbeiten mit dem Binärformat, aber wir Menschen finden es viel einfacher, mit dem Dezimalformat zu arbeiten. Wenn Sie jedoch wissen, dass es sich bei den Adressen tatsächlich um Binärzahlen handelt, können wir verstehen, warum einige Dinge rund um IP-Adressen so funktionieren, wie sie es tun.

Mach dir keine Sorgen! Wir werden in diesem Artikel nicht viel binär oder mathematisch auf Sie werfen, also halten Sie sich etwas länger mit uns auf.

Die zwei Teile einer IP-Adresse

Die IP-Adresse eines Geräts besteht eigentlich aus zwei separaten Teilen:

Netzwerk ID: Die Netzwerk-ID ist ein Teil der IP-Adresse, die von links beginnt und das spezifische Netzwerk identifiziert, in dem sich das Gerät befindet. In einem typischen Heimnetzwerk, in dem ein Gerät die IP-Adresse 192.168.1.34 hat, ist der Teil 192.168.1 der Adresse die Netzwerk-ID. Es ist üblich, den fehlenden letzten Teil mit einer Null auszufüllen. Wir können also sagen, dass die Netzwerk-ID des Geräts 192.168.1.0 ist.
Host-ID: Die Host-ID ist der Teil der IP-Adresse, der nicht von der Netzwerk-ID belegt wird. Es identifiziert ein bestimmtes Gerät (in der TCP / IP-Welt nennen wir Geräte "Hosts") in diesem Netzwerk. In Fortsetzung unseres Beispiels der IP-Adresse 192.168.1.34 wäre die Host-ID 34 - die eindeutige ID des Hosts im Netzwerk 192.168.1.0.

In Ihrem Heimnetzwerk werden möglicherweise mehrere Geräte mit der IP-Adresse 192.168.1.1, 192.168.1.2, 192.168.1 30 und 192.168.1.34 angezeigt. Alle diese Geräte sind eindeutige Geräte (in diesem Fall mit den Host-IDs 1, 2, 30 und 34) in demselben Netzwerk (mit der Netzwerk-ID 192.168.1.0)..

Um uns das alles ein bisschen besser vorzustellen, wenden wir uns einer Analogie zu. Es ist ziemlich ähnlich wie Straßenadressen in einer Stadt funktionieren. Nehmen Sie eine Adresse wie 2013 Paradise Street. Der Straßenname entspricht der Netzwerk-ID und die Hausnummer der Host-ID. In einer Stadt werden keine zwei Straßen gleich benannt, genauso wie keine zwei Netzwerk-IDs in demselben Netzwerk denselben Namen haben. In einer bestimmten Straße ist jede Hausnummer eindeutig, genau wie alle Host-IDs innerhalb einer bestimmten Netzwerk-ID eindeutig sind.

Die Subnetzmaske

Wie stellt Ihr Gerät fest, welcher Teil der IP-Adresse die Netzwerk-ID und welcher Teil die Host-ID ist? Dafür verwenden sie eine zweite Nummer, die Sie immer in Verbindung mit einer IP-Adresse sehen. Diese Nummer wird als Subnetzmaske bezeichnet.

In den meisten einfachen Netzwerken (z. B. in privaten oder kleinen Unternehmen) werden Subnetzmasken wie 255.255.255.0 angezeigt, bei denen alle vier Zahlen entweder 255 oder 0 sind. Die Position der Änderungen von 255 auf 0 gibt die Unterteilung zwischen den beiden an Netzwerk- und Host-ID. Die 255s "maskieren" die Netzwerk-ID aus der Gleichung.

Hinweis: Die grundlegenden Subnetzmasken, die wir hier beschreiben, werden als Standard-Subnetzmasken bezeichnet. In größeren Netzwerken wird die Sache komplizierter. Benutzer verwenden häufig benutzerdefinierte Subnetzmasken (wobei sich die Position des Bruchs zwischen Nullen und Einsen innerhalb eines Oktetts verschiebt), um mehrere Subnetze im selben Netzwerk zu erstellen. Das würde den Rahmen dieses Artikels ein wenig übersteigen, aber wenn Sie interessiert sind, hat Cisco einen ziemlich guten Leitfaden zum Subnetting.

Die Standard-Gateway-Adresse

Neben der IP-Adresse selbst und der zugehörigen Subnetzmaske wird auch eine Standard-Gateway-Adresse mit IP-Adressierungsinformationen angezeigt. Je nach verwendeter Plattform kann diese Adresse als etwas anderes bezeichnet werden. Es wird manchmal als "Router", "Router-Adresse", "Standardroute" oder auch als "Gateway" bezeichnet. Dies ist alles das Gleiche. Hierbei handelt es sich um die Standard-IP-Adresse, an die ein Gerät Netzwerkdaten sendet, wenn diese Daten in ein anderes Netzwerk (mit einer anderen Netzwerk-ID) übertragen werden sollen als das, auf dem sich das Gerät befindet.

Das einfachste Beispiel dafür ist ein typisches Heimnetzwerk.

Wenn Sie ein Heimnetzwerk mit mehreren Geräten haben, haben Sie wahrscheinlich einen Router, der über ein Modem mit dem Internet verbunden ist. Bei diesem Router handelt es sich möglicherweise um ein separates Gerät oder um einen Teil einer Modem- / Router-Kombinationseinheit, die von Ihrem Internetanbieter bereitgestellt wird. Der Router befindet sich zwischen den Computern und Geräten in Ihrem Netzwerk und den öffentlich zugänglichen Geräten im Internet, wobei er den Datenverkehr hin- und herleitet (oder weiterleitet).

Angenommen, Sie starten Ihren Browser und gehen auf www.howtogeek.com. Ihr Computer sendet eine Anfrage an die IP-Adresse unserer Site. Da sich unsere Server im Internet und nicht in Ihrem Heimnetzwerk befinden, wird dieser Datenverkehr von Ihrem PC an Ihren Router (das Gateway) gesendet, und Ihr Router leitet die Anfrage an unseren Server weiter. Der Server sendet die richtigen Informationen an Ihren Router zurück, der die Informationen dann an das Gerät weiterleitet, das sie angefordert hat, und Sie sehen, dass unsere Site in Ihrem Browser angezeigt wird.

Normalerweise sind Router standardmäßig so konfiguriert, dass ihre private IP-Adresse (ihre Adresse im lokalen Netzwerk) die erste Host-ID ist. In einem Heimnetzwerk, das beispielsweise 192.168.1.0 für eine Netzwerk-ID verwendet, wird der Router normalerweise 192.168.1.1 sein. Natürlich können Sie wie die meisten Dinge auch etwas anderes konfigurieren, wenn Sie möchten.

DNS-Server

Neben der IP-Adresse, der Subnetzmaske und der Standard-Gateway-Adresse eines Geräts wird eine letzte Information angezeigt: Die Adresse von einem oder zwei Standard-DNS-Servern (Domain Name System). Wir Menschen arbeiten viel besser mit Namen als mit numerischen Adressen. Das Eingeben von www.howtogeek.com in die Adressleiste Ihres Browsers ist viel einfacher, als sich die IP-Adresse unserer Website zu merken und einzugeben.

DNS funktioniert quasi wie ein Telefonbuch, sucht nach lesbaren Dingen wie Website-Namen und konvertiert diese in IP-Adressen. DNS speichert dies, indem alle diese Informationen in einem System verknüpfter DNS-Server über das Internet gespeichert werden. Ihre Geräte müssen die Adressen der DNS-Server kennen, an die ihre Abfragen gesendet werden sollen.

In einem typischen kleinen Netzwerk oder Heimnetzwerk stimmen die IP-Adressen des DNS-Servers häufig mit der Standard-Gateway-Adresse überein. Geräte senden ihre DNS-Abfragen an Ihren Router, der die Anfragen an die DNS-Server weiterleitet, für die der Router konfiguriert ist. Standardmäßig sind dies normalerweise die DNS-Server, die Ihr ISP anbietet. Sie können diese jedoch ändern, um andere DNS-Server zu verwenden, wenn Sie möchten. In einigen Fällen können Sie mit DNS-Servern, die von Drittanbietern wie Google oder OpenDNS bereitgestellt werden, einen besseren Erfolg erzielen.

Was ist der Unterschied zwischen IPv4 und IPv6??

Möglicherweise haben Sie beim Durchsuchen der Einstellungen auch einen anderen IP-Adresse-Typ festgestellt, die als IPv6-Adresse bezeichnet wird. Bei den Arten von IP-Adressen, über die wir bisher gesprochen haben, handelt es sich um Adressen, die vom IP-Protokoll der Version 4 (IPv4) -a verwendet werden, das in den späten 70ern entwickelt wurde. Sie verwenden die 32 binären Bits, über die wir gesprochen haben (in vier Oktetten), um insgesamt 4,29 Milliarden mögliche eindeutige Adressen bereitzustellen. Das klingt nach viel, aber alle öffentlich zugänglichen Adressen wurden vor langer Zeit an Unternehmen vergeben. Viele von ihnen werden nicht verwendet, sie sind jedoch für den allgemeinen Gebrauch verfügbar und nicht verfügbar.

Besorgt über den möglichen Mangel an IP-Adressen, konzipierte die Internet Engineering Task Force (IETF) Mitte der 90er Jahre IPv6. IPv6 verwendet anstelle der 32-Bit-Adresse von IPv4 eine 128-Bit-Adresse. Daher wird die Gesamtzahl der eindeutigen Adressen in den Undecillions-Werten gemessen - eine Zahl, die so groß ist, dass sie wahrscheinlich nie ausgehen wird.

Im Gegensatz zur gepunkteten Dezimalschreibweise in IPv4 werden IPv6-Adressen als acht Zahlengruppen angegeben, die durch Doppelpunkte geteilt werden. Jede Gruppe hat vier Hexadezimalziffern, die 16 Binärziffern darstellen (daher als Hextet bezeichnet). Eine typische IPv6-Adresse könnte ungefähr so aussehen:

2601: 7c1: 100: ef69: b5ed: ed57: dbc0: 2c1e

Das Problem ist, dass der Mangel an IPv4-Adressen, der zur Sorge aller Anliegen geführt hat, durch die verstärkte Nutzung privater IP-Adressen hinter Routern weitgehend gemindert wurde. Immer mehr Menschen erstellten ihre eigenen privaten Netzwerke und verwendeten diese privaten IP-Adressen, die nicht öffentlich zugänglich sind.

Obwohl IPv6 immer noch ein wichtiger Akteur ist und dieser Übergang noch immer stattfinden wird, ist es nie so voll gekommen wie vorhergesagt - zumindest noch nicht. Wenn Sie mehr darüber erfahren möchten, sehen Sie sich diesen Verlauf und die Zeitleiste von IPv6 an.

Wie erhält ein Gerät seine IP-Adresse??

Nachdem Sie nun die Grundlagen der Funktionsweise von IP-Adressen kennen, sprechen wir darüber, wie Geräte ihre IP-Adressen überhaupt erhalten. Es gibt zwei Arten von IP-Zuweisungen: dynamische und statische.

Eine dynamische IP-Adresse wird automatisch zugewiesen, wenn ein Gerät eine Verbindung zu einem Netzwerk herstellt. Die große Mehrheit der heutigen Netzwerke (einschließlich Ihres Heimnetzwerks) verwendet das sogenannte Dynamic Host Configuration Protocol (DHCP), um dies zu ermöglichen. DHCP ist in Ihrem Router integriert. Wenn ein Gerät eine Verbindung zum Netzwerk herstellt, sendet es eine Broadcast-Nachricht, in der eine IP-Adresse angefordert wird. DHCP fängt diese Nachricht ab und weist diesem Gerät dann aus einem Pool verfügbarer IP-Adressen eine IP-Adresse zu.

Es gibt bestimmte private IP-Adressbereiche, die von Routern für diesen Zweck verwendet werden. Welche verwendet wird, hängt davon ab, wer Ihren Router hergestellt hat oder wie Sie die Einstellungen selbst vorgenommen haben. Diese privaten IP-Bereiche umfassen:

10.0.0.0 - 10.255.255.255: Wenn Sie ein Kunde von Comcast / Xfinity sind, weist der von Ihrem Internetdienstanbieter bereitgestellte Router Adressen in diesem Bereich zu. Einige andere Internetdienstanbieter verwenden diese Adressen auch auf ihren Routern, ebenso wie Apple auf ihren AirPort-Routern.
192.168.0.0 - 192.168.255.255: Die meisten kommerziellen Router sind so eingerichtet, dass sie IP-Adressen in diesem Bereich zuweisen. Die meisten Linksys-Router verwenden beispielsweise das Netzwerk 192.168.1.0, während D-Link und Netgear den Bereich 198.168.0.0 verwenden
172.16.0.0 - 172.16.255.255: Dieser Bereich wird von kommerziellen Anbietern standardmäßig selten verwendet.
169.254.0.0 - 169.254.255.255: Dies ist ein spezieller Bereich, der von einem Protokoll namens Automatic Private IP Addressing verwendet wird. Wenn Ihr Computer (oder ein anderes Gerät) so eingerichtet ist, dass er seine IP-Adresse automatisch abruft, aber keinen DHCP-Server finden kann, weist er sich selbst eine Adresse in diesem Bereich zu. Wenn Sie eine dieser Adressen sehen, wird Ihnen mitgeteilt, dass Ihr Gerät den DHCP-Server nicht erreichen konnte, als es an der Zeit war, eine IP-Adresse zu erhalten, und dass ein Netzwerkproblem oder ein Problem mit Ihrem Router auftreten kann.

Die Sache mit dynamischen Adressen ist, dass sie sich manchmal ändern können. DHCP-Server leiten IP-Adressen an Geräte, und wenn diese Leases aktiv sind, müssen die Geräte die Lease erneuern. Manchmal erhalten Geräte eine andere IP-Adresse aus dem Adressenpool, den der Server zuweisen kann.

Die meiste Zeit ist dies keine große Sache und alles wird "nur funktionieren". Gelegentlich möchten Sie jedoch möglicherweise einem Gerät eine IP-Adresse zuweisen, die sich nicht ändert. Möglicherweise haben Sie beispielsweise ein Gerät, auf das Sie manuell zugreifen müssen, und es fällt Ihnen leichter, sich eine IP-Adresse zu merken als einen Namen. Oder vielleicht haben Sie bestimmte Apps, die nur über ihre IP-Adresse eine Verbindung zu Netzwerkgeräten herstellen können.

In diesen Fällen können Sie diesen Geräten eine statische IP-Adresse zuweisen. Dafür gibt es mehrere Möglichkeiten. Sie können das Gerät manuell mit einer statischen IP-Adresse konfigurieren, auch wenn dies manchmal schäbig ist. Die andere, elegantere Lösung besteht darin, Ihren Router so zu konfigurieren, dass er bestimmten Geräten statische IP-Adressen während einer normalerweise dynamischen Zuweisung durch den DHCP-Server zuweist. Auf diese Weise ändert sich die IP-Adresse nie, aber Sie unterbrechen den DHCP-Prozess nicht, sodass alles reibungslos funktioniert.